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Nachbildung der Diplophonie in einem künstlichen Kehlkopfmodell
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Veröffentlicht: | 7. September 2015 |
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Gliederung
Zusammenfassung
Hintergrund: Geometrische Strömungsrandbedingungen oberhalb der Stimmlippen haben großen Einfluss auf das supraglottische Strömungsfeld und die Schallerzeugung (Kniesburges et al. 2013). Im künstlichen Kehlkopfmodell konnten neben den harmonischen Tönen der symmetrischen Stimmlippenschwingungen zusätzliche, subharmonische Töne festgestellt werden, die charakteristisch für Diplophonie sind. Die Frequenz der subharmonischen Töne lag immer exakt in der Mitte zweier harmonischer Töne. Ihre Lautstärke war dabei abhängig vom transversalen Durchmesser des supraglottischen Ansatzrohrs, d.h. den Strömungsrandbedingungen.
Material und Methoden: Das künstliche Kehlkopfmodell enthält Silikonstimmlippen, die bei Frequenzen zwischen 100 und 150 Hz symmetrisch mit Glottisschluss schwingen. Der transversale Durchmesser des supraglottischen Ansatzrohrs wurde systematisch variiert. Um Hinweise auf die subharmonische Schallentstehung im Strömungsfeld zu erhalten, wurden 40 Drucksensoren im supraglottischen Ansatzrohr eingebracht, mit denen der statische Strömungsdruck zeitlich hoch aufgelöst gemessen wurde. Zusätzlich wurde der abgestrahlte Schall detektiert.
Ergebnisse: Die Frequenzanalyse des supraglottischen Strömungsdrucks zeigt in Fällen mit subharmonischen Tönen einen sehr kleinen Peak bei der halben Schwingungsfrequenz der Stimmlippen, der aber im Frequenzspektrum des abgestrahlten Schalls nicht zu sehen ist. Dieser Peak ist auf eine zyklische Änderung des Druckniveaus im Strömungsfeld unmittelbar oberhalb der Stimmlippen zurückzuführen. Durch Visualisierung des supraglottischen Strömungsfeldes konnte diese Druckänderung mit ebenfalls zyklischen Lageänderungen des glottischen Freistrahls begründet werden.
Fazit: Die Ergebnisse legen nahe, dass auch im Falle symmetrischer Stimmlippenschwingungen subharmonische Töne erzeugt werden können. Diese entstehen durch bestimmte supraglottische Randbedingungen mit kleinen transversalen Durchmessern, die dann eine zyklische Lageänderung des glottischen Freistrahls induzieren.
Text
Hintergrund
Geometrische Strömungsrandbedingungen oberhalb der Stimmlippen haben großen Einfluss auf das supraglottische Strömungsfeld und die Schallerzeugung [1], [2]. Im künstlichen Kehlkopfmodell konnten neben den harmonischen Tönen der symmetrischen Stimmlippenschwingungen zusätzliche, subharmonische Töne festgestellt werden, die charakteristisch für Diplophonie sind [3]. Die Frequenz der subharmonischen Töne lag immer exakt in der Mitte zweier harmonischer Töne. Ihre Lautstärke war dabei abhängig vom transversalen Durchmesser des supraglottischen Ansatzrohrs, d.h. den Strömungsrandbedingungen.
Material und Methoden
Das künstliche Kehlkopfmodell enthält Silikonstimmlippen, die bei Frequenzen zwischen 100 und 150 Hz symmetrisch mit Glottisschluss schwingen. Der transversale Durchmesser des supraglottischen Ansatzrohrs wurde systematisch variiert. Um Hinweise auf die subharmonische Schallentstehung im Strömungsfeld zu erhalten, wurden 40 Drucksensoren im supraglottischen Ansatzrohr eingebracht, wie in Abbildung 1 [Abb. 1] zu sehen ist. Mit diesen Sensoren wurde der statische Strömungsdruck zeitlich hoch aufgelöst gemessen. Zusätzlich wurde der abgestrahlte Schall detektiert. Eine genaue Darstellung und Beschreibung des Versuchsaufbaus ist in Kniesburges [4] zu finden.
Ergebnisse
Die Frequenzanalyse des supraglottischen Strömungsdrucks zeigt in Fällen mit subharmonischen Tönen einen sehr kleinen Peak bei der halben Schwingungsfrequenz der Stimmlippen (siehe Abbildung 2 [Abb. 2]), der im Frequenzspektrum des abgestrahlten Schalls nicht zu sehen ist (vgl. [1]). Dieser Peak ist auf eine zyklische Änderung des Druckniveaus im Strömungsfeld unmittelbar oberhalb der Stimmlippen zurückzuführen und hängt ebenfalls vom transversalen Durchmesser des supraglottischen Kanals ab. Seine Amplitude nimmt mit steigendem supraglottischen Kanaldurchmesser ab. Durch Visualisierung des supraglottischen Strömungsfeldes und einer anschließenden Eigenwertzerlegung konnte diese Druckänderung mit ebenfalls zyklischen Lageänderungen des glottischen Freistrahls begründet werden.
Fazit
Die Ergebnisse legen nahe, dass auch im Falle symmetrischer Stimmlippenschwingungen subharmonische Töne erzeugt werden können. Diese entstehen durch bestimmte supraglottische Strömungsrandbedingungen mit kleinen transversalen Durchmessern, die dann eine zyklische Lageänderung des glottischen Freistrahls induzieren.
Literatur
- 1.
- Kniesburges S, Hesselmann C, Becker S, Schlücker E, Döllinger M. Influence of Vortical Structures on the Glottal Jet Location in the Supraglottal Region. J Voice. 2013;27(5):531-44. DOI: 10.1016/j.jvoice.2013.04.005
- 2.
- Lodermeyer A, Becker S, Döllinger M, Kniesburges S. Phase-locked flow field analysis in a synthetic human larynx model. Exp Fluids. 2015;56(4):77. DOI: 10.1007/s00348-015-1942-6
- 3.
- Kramer E, Linder R, Schönweiler R. A Study of Subharmonics in Connected Speech Material. J Voice. 2013;27(1):29-38. DOI: 10.1016/j.jvoice.2012.08.005
- 4.
- Kniesburges S. Fluid-Structure-Acoustic Interaction during Phonation in a Synthetic Larynx Model [Dissertation]. Shaker Verlag; 2014.